自动控制原理与系统第五章 自动控制系统的性能分析ppt课件.ppt

《自动控制原理与系统第五章 自动控制系统的性能分析ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章自动控制系统的性能分析第一节自动控制系统的稳定性分析第二节自动控制系统的稳态性能分析第三节自动控制系统的动态性能分析第四节自动控制系统分析举例主要内容第一节自动控制系统的稳定性分析一、系统稳定性概念系统的稳定性(Stability)是指自动控制系统在受到扰动作用使平衡状态破坏后，经过调节，能重新达到平衡状态的性能。图5-1稳定系统与不稳定系统图5-2造成自动控制系统不稳定的物理原因系统的稳定性概念又分绝对稳定性和相对稳定性。系统的绝对稳定性是指系统稳定(或不稳定)的条件。即形成如图5-1b所示状况的充要条件。系统的相对稳定性是指稳定系统的稳定程度。图

2、5-3自动控制系统的相对稳定性图5-3a所示系统的相对稳定性就明显好于图5-3b所示的系统。（5-1）（5-2）表5-1系统稳定性和特征方程的根的关系（5-3）图5-4复平面上根的位置与系统的相对稳定性由图5-4还可见，若系统特征根有多个，那么，最靠近虚轴的极点，对系统稳定性(衰减慢)的影响最大，因此通常把最靠近虚轴的闭环极点，称为闭环主导极点。三、奈氏稳定判据和对数频率判据1.奈氏(Nyquist)稳定判据奈氏判据说明，如果系统在开环状态下是稳定的，闭环系统稳定的充要条件是：它的开环幅相频率特性曲线不包围(-1，j0)点。反之，若曲线包围(-1，j0)点

3、，则闭环系统将是不稳定的。若曲线通过(-1，j0)点，则闭环系统处于稳定边界。参见图5-5。图5-5用奈氏稳定判据判断闭环系统的稳定性（5-4）（5-5）（5-6）（5-7）由上式可见：①系统在前向通路中含有积分环节将使系统的稳定性严重变差；②系统含惯性环节也会使系统的稳定性变差，其惯性时间常数越大，这种影响就越显著；③微分环节则可改善系统的稳定性。五、自动控制系统的稳定性分析举例1、二阶系统的稳定性分析图5-8为一典型二阶系统框图。图5-8典型二阶系统框图由图5-8可知系统的开环传递函数为其对应的伯德图如图5-9所示。图中实线为K<1/T时的幅频特性

4、，虚线为K>1/T时的幅频特性。分析表明：对二阶系统，加大增益，将使系统稳定性变差。图5-10改变增益对三阶系统稳定性的影响解:随动系统的开环传递函数由上式有于是，该系统的对数幅频特性如图5-12曲线①所示。图5-13系统稳定性分析举例图5-14工件加工检测示意图（5-8）（5-9）图5-15改变增益K对典Ⅱ系统稳定性的影响第二节自动控制系统的稳态性能分析（5-10）（5-11）（5-12）（5-13）（5-14）（5-15）（5-16）（5-17）（5-18）由式(5-14)～式(5-18)有给定稳态误差(又称跟随稳态误差)扰动稳态误差于是系统的稳态误差

5、有（5-19）（5-20）（5-21）（5-22）（5-23）（5-24）（5-25）（5-26）（5-27）表5-2系统稳态误差与输入信号及系统型别间的关系(5-28)（零阶无静差）(5-29)(5-30)（一阶无静差）（二阶无静差）2.自动调速(恒值控制)系统的稳态性能分析举例(1)自动调速系统稳态性能的特点1)自动调速系统是恒值控制系统，其给定量是恒定的(确切地说，是预选的)，因此其给定量产生的稳态误差，总是可以通过调节给定量来加以补偿的。所以，对自动调速系统来说，主要是扰动量产生的稳态误差。这是因为扰动量是事先无法确定的，并且是在不断地变化着的。2

6、)对恒值控制系统来说，作用信号一般都以阶（5-31）（5-32）图5-18晶闸管直流调速系统框图第三节自动控制系统的动态性能分析一、系统跟随动态指标的求取及分析研究系统动态性能，通常以二阶系统对单位阶跃信号的响应为代表。这是由于二阶系统的阶跃响应比较典型，数学分析也比较容易，许多高阶系统的动态过程常可用二阶系统来近似处理。1.跟随阶跃响应曲线图5-19为一典型的二阶系统。5-19典型二阶系统框图其开环传递函数为式中系统的跟随闭环传递函数为（5-33）（5-34）（5-35）（5-36）（5-37）（5-38）（5-39）（5-40）（5-41）（5-42）

7、图5-22二阶系统的最大超调量与间的关系（5-43）（5-44）（5-45）（5-46）（5-47）图5-23二阶系统的振荡次数与间的关系（5-48）（5-49）（5-50）二阶系统的开环频率特性由上式有，其幅频特性其相频特性（5-51）（5-52）（5-53）（5-54）第四节自动控制系统分析举例水位控制系统是最常见的自动控制系统之一。水位控制系统的特点是控制对象的惯性相对比较大(即水位的变化相对比较缓慢),因此对它们的要求大多只是稳态技术指标。下面将通过图1-7所示的实例来介绍系统的分析过程。图1-7水位控制系统示意图图1-8水位控制系统框图图3-5积

8、分环节小结(1)自动控制系统正常进行工作的首要条件是系统稳定。通常